卡西尼 -美國宇航局的太空探測器

卡西尼

美國宇航局的太空探測器
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由美國和義大利聯合研製的"卡西尼號"太空探測器在經過6年8個月、35億千米的漫長太空旅行之後,已于台北時間2004年7月1日12時12分按計畫順利進入環繞土星轉動的軌道,開始對土星大氣、光環和衛星進行歷時4年的科學考察。

"卡西尼號"還攜帶一個進入土衛六大氣的探測器--"惠更斯號"。"惠更斯"號已于2005年1月15日成功軟著路于土衛六表面。NASA預計"卡西尼號"將于2017年9月16日凌晨1點墜落土星。

  • 中文名稱
    卡西尼號太空探測器
  • 外文名稱
    Cassini
  • 所    屬
    美國宇航局
  • 升    空
    1997年10月15日
  • 作    用
    研究土星及其衛星
  • 墜    落
    2017年9月16日(待定)

卡西尼號

"卡西尼號"(Giovanni Domenico Cassini)的土星之旅

35億千米的征程

380多年前,義大利科學家伽利略在人類歷史上第一次把望遠鏡對準了天空中的星星,把古老的天文學推進到了一個全新的時代。伽利略在用望遠鏡觀測土星的時候,發現土星的圓面兩側有好像人耳朵一樣的東西。1659年,荷蘭科學家惠更斯在經過更精細的觀測之後確定,土星的這兩個像耳朵一樣的東西,實際上是連在一起的,是一個環繞土星的扁平圓環。

卡西尼出生在義大利,後到法國,擔任巴黎天文台首任台長。1675年,他在對土星光環進行觀測時,發現在這個光環的中間有一條黑暗的縫隙,把光環分為內外兩部分。後來,天文學家就把這條縫隙稱為卡西尼環縫

1989年10月18日,美國和歐洲合作發射了"伽利略號"太空探測器。1995年12月7日,"伽利略號"進入繞木星飛行的軌道,開始對木星和木星的四顆大衛星進行科學研究。當年,正是伽利略用望遠鏡發現了這四顆木星衛星。把太空探測器取名為"伽利略號",就是為了紀念伽利略的這一發現。

受到"伽利略號"成功的鼓舞,美國和歐洲進一步合作,又研製了一個飛向土星的太空探測器,並且為了紀念卡西尼當年發現土星光環的環縫,就把這顆太空探測器取名為"卡西尼號"。

參加"卡西尼號"土星探測計畫的國家一共有17個,它是人類進入空間時代以來最激動人心的大型國際合作課題之一。"卡西尼號"直徑3米,高7米,重6.4噸,攜帶了27種最先進的科學儀器設備。"卡西尼號"還攜帶了一個專門用于探測土星最大衛星土衛六的探測器,取名為"惠更斯號"。

"卡西尼號"在台北時間1997年10月15日16時43分發射升空。如果僅僅依靠火箭的推力直接飛向土星,並要求它像現在這樣在7年之內飛到土星,那麽使用的燃料決不能少于70噸。然而,人類至今還不能製造可以攜帶這麽多燃料的火箭。因此,"卡西尼號"採用了與"伽利略號"類似的辦法,借用行星的引力來加快速度。

"卡西尼號"發射後,首先于1998年4月在距金星284千米處飛掠,利用金星引力獲得加速。之後,它繞太陽一圈,于1999年6月再次在距金星600千米處飛掠,獲得金星引力的第二次加速。同年8月,"卡西尼號"在距地球1171千米處飛掠,被地球引力再次加速。

"卡西尼號"第二次離開地球後,才飛往太陽系的外層。2000年12月,它在距木星約1000萬千米處飛掠,獲得了木星引力的加速。這時,它的速度超過了每秒30千米。然後,它才向目的地土星飛去。

土星離開地球的距離,距離地球最近時不到13億千米,最遠時也不超過16億千米,然而"卡西尼號"由于採用了上述迂回的飛行路線,飛往土星的行程長達35億千米。不過,磨刀不誤砍柴功,飛行的時間並沒有因此增加,而燃料卻大大節省了。

進入環繞土星軌道

台北時間2004年7月1日上午,"卡西尼號"已經來到了土星近旁。這時候的"卡西尼號",離開我們的距離超過15億千米,以至于它與地球之間的無線電通信聯系,盡管無線電波以光速傳播,可是單程就要花84分鍾。于是,對于在"卡西尼號"發生的事情,就有了兩個時間,一個是在"卡西尼號"上的時鍾記錄下來的一件事情真正發生的時間,另一個則是我們地球上的時鍾記錄下來的我們"看到"這件事情發生的時間,後一時間比前一時間晚84分鍾。

下面,我們還是以地球上"看到"事情發生的時間為準,而且,我們採用台北時間來表示地球時間。

"卡西尼號"的任務之一就是對土星的光環進行探測。盡管它初來乍到,然而入軌過程本身,就是在預期4年的探測運行中一個絕好的與土星距離最近的機會,它與土星表面雲層頂部的距離最近時隻有大約2萬千米。科學家自然不會放過這個機會開展對土星光環的探測,因此在它入軌的過程中安排了兩次穿越土星光環。

整個入軌過程,包括兩次穿越光環,每一個步驟,都是預先經過精密計算設定的,由電腦控製著所有事情有條不紊地進行。

"卡西尼號"是從F環和G環之間的縫隙穿越土星光環的。這道環縫是土星光環中最寬的一道環縫,寬達3萬千米。環縫中,仍然可能彌漫著一些微粒。"卡西尼號"從環縫中穿過,如果有微粒撞擊到它的要害部位或者攜帶的科學儀器,將有可能造成非常壞的後果。為此,"卡西尼號"在穿越土星光環之前,首先調整姿態,轉身180度,把原來位于尾部朝向地球的直徑4米的盤狀天線,轉到前進方向,成為對付環縫中微粒的"盾牌"。

9時11分,"卡西尼號"調整姿態;10時08分,它開始從光環下面穿越光環;10時11分,它到達光環上方,穿環成功。然後,它再把身子轉回來,讓發動機的噴氣管朝向前方,以便點火後形成減速阻力。10時21分,"卡西尼號"再次轉身成功;10時36分,發動機點火,"卡西尼號"開始減速。在土星引力的作用下,減速後的"卡西尼號"轉過一個大彎,逐漸進入預定的運行軌道。 12時12分,"卡西尼號"的發動機熄火。這時,它已由原來的飛向土星的路線完全轉到環繞土星運行的軌道。然後,它開始對土星和土星光環進行近距離的探測,包括用磁力計測量土星磁場的強度和方向,檢測穿越光環時所碰到的微粒大小和光環厚度,以及估測光環的組成、溫度和結構。

卡西尼號卡西尼號

13時32分,"卡西尼號"再次調整姿態;13時58分,它再次穿越光環,從光環上方回到光環下方。然後,它把盤狀天線轉到朝向地球方向,進入正常運行狀態。

全面探測土星家族

"卡西尼號"在環繞土星運行的4年中,將近距離地縱覽土星全貌,對土星和它眾多的衛星進行全面考察。

"卡西尼號"從2004年1月起,就開始拍攝土星家族全

面、完整的照片和電影。"卡西尼號"攜帶的照相機,比哈勃太空望遠鏡上的同類照相機性能更好。

在臨近入軌之前,2004年6月11日,它對土衛九進行了探測,拍攝了這顆衛星極其清晰的照片。土衛九是土星距離最遠的一顆衛星,半徑110千米,科學家猜想它是被土星俘獲的一顆小行星。"卡西尼號"在離開它2000千米處經過,對它的質量和密度進行了測量。

2005年2月17日,"卡西尼號"將在離開土衛二1179千米處經過,而同年3月9日,距離更近到499千米。土衛二半徑250千米,表面非常明亮,幾乎能反射百分之百的陽光。科學家懷疑它的表面是光滑的冰層,"卡西尼號"將探測它的磁場,以判斷它的表層下面是否有含鹽分的水存在。

2005年4~9月,"卡西尼號"的軌道將從土星赤道面改變到與這一平面成22度夾角,居高臨下對土星光環和大氣進行測量,進一步探測光環結構、組成光環的物質粒子和土星大氣物理特徵。

2005年9~11月,"卡西尼號"將逐個接近土衛四土衛五土衛七土衛三,分別對它們進行觀測。土衛四半徑560千米,土衛五半徑870千米,它們的外表很像我們的月亮,密布環形山。土衛七位于土衛六土衛八之間,形狀不規則,最長處直徑175千米,很像一顆小行星。土衛三半徑530千米,密度和水一樣,很可能是一個冰球。

2006年7月到2007年7月,"卡西尼號"將系統地監視和拍攝土星、土星光環、土星磁層的圖像。2007年7~9月,它將再次拍攝土星及其家族的電影,並在9月10日到離開土衛八約1000千米處對土衛八進行觀測。土衛八半徑為720千米,其表面一面顏色很暗,另一面卻接近白色,很為奇特。 2007年10月到2008年7月,"卡西尼號"將逐步地進一步增大軌道與土星赤道平面的夾角,最後達到75?郾6度。這樣,"卡西尼號"就能更好地觀測土星的光環,測量遠離土星赤道平面處的磁場和粒子、監視土星的兩極地區和觀測土星極光現象。其間,在2007年12月3日和2008年3月12日,它將兩次接近土衛十一,分別在離開土衛十一6190千米和995千米處對這顆衛星進行觀測。

衛星衛星

卡西尼飛船發現土衛六湖泊酷似地球上的濕地。

據國外媒體報道,一項最新的研究發現在土星的一個衛星上(土衛六)存在著一片巨大的甲烷湖,該湖位于土衛六的南極附近,大學部學家命名為"安大略湖",更驚人的是這片湖區與地球上納米比亞北部埃托沙鹽沼(Etosha Pan)極為相似。圖1中左邊部分顯示的是土衛六上的安大略湖,右邊則為埃托沙鹽沼。本張照片由美國國家航空航天局噴氣推進實驗室、加州理工學院以及美國地質調查局繪製。

2017年9月16日凌晨1點墜落于土星,在設計時探測器沒有經過消毒處理。當它燃料即將用盡時,在土星引力的作用下軌道可能發生變化,為了探測器與土星衛星相撞可能導致地球的微生物在土衛上立足,這種情況將會影響未來在衛星上尋找本土生命的工作,和木星伽利略探測器情況一樣必須墜毀

卡西尼

G.D.卡西尼(Giovanni Domenico Cassini, 1625–1712):天文學家1625年6月8日生于義大利佩裏納爾多,1712年9月14日卒于法國巴黎。早年在熱那亞等地求學。從1650年起擔任波洛尼亞大學天文學教授十九年。1664年7月觀測到木星衛星影凌木星現象,由此開始研究木衛與木星的公轉自轉。他描述了木星表面的帶紋和斑點,正確地解釋為木星表面的大氣現象;他還指出木星外形的扁圓狀。

1666年,他測定火星的的自轉周期為24小時40分(誤差約3分);1668年公布第一個木星歷表。1669年他前往巴黎皇家科學院工作。1671年巴黎天文台落成,他成為這個天文台的領導人。1673年加入法國國籍。他在巴黎天文台發現了土星的四顆衛星土衛八土衛五土衛四土衛三。在此之前隻有惠更斯發現了一顆土星衛星(土衛六,1655年)。1675年,卡西尼發現土星光環中間有一條暗縫,後稱卡西尼縫。他還準確地猜測了土星光環是由無數微小顆粒構成的。1679年他公布了一份月面圖,在以後的一個多世紀裏沒人超越。

從1683年3月起,他系統地觀測研究了黃道光,正確地猜測到它是無數極細微的行星際微粒反射太陽光造成的,而不是大氣現象。1672年火星沖日期間測定了火星視差並推算了太陽視差

卡西尼在理論上是保守的,是最後一位不願接受哥白尼理論的著名天文學家。他反對開普勒定律;拒不接受牛頓的萬有引力定律;反對光速有限的結論。

J.卡西尼(1677-1756),G.D.卡西尼次子。他接任了巴黎天文台領導,繼承他父親生前從事的子午線弧長勘測工作。他發現了恆星大角(牧夫座a)有自行。他雖然接受了哥白尼的觀點,但仍然激烈反對牛頓的引力定律,為了給父親辯護,他不顧自己的許多觀測結果與父親的理論不相一致。

C.F.卡西尼(1714-1784)和J.D.卡西尼(1748-1845),J.卡西尼之子、孫。C.F.卡西尼繼續領導巴黎天文台,1771年任正式台長,他去世後此職由他的獨子J.卡西尼繼任。他們父子分別觀測了1761年和1769年的金星凌日。他們的保守傾向雖已減少,但對天文學的貢獻卻不及前兩代卡西尼。他們在地理學、大地測量學方面作了許多研究。

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